專利名稱：一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣腐蝕的模擬技術(shù)，具體為一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
自然環(huán)境下的暴露實(shí)驗(yàn)是研究大氣腐蝕最常用的試驗(yàn)方法，它能真實(shí)反映所在地點(diǎn)的腐蝕狀況，以此計(jì)算出材料在該環(huán)境下的腐蝕速率，可為工程防腐設(shè)計(jì)提供合理可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。但是，由于大氣暴露試驗(yàn)周期很長，試驗(yàn)區(qū)域性強(qiáng)，促使人們開展模擬加速腐蝕試驗(yàn)研究，以期由實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)來推測戶外長期暴露試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)而預(yù)測材料、制品、防護(hù)層的大氣腐蝕壽命，以部分取代大氣腐蝕暴露試驗(yàn)。室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件，它直接影響到人工加速試驗(yàn)的結(jié)果和自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。
影響大氣腐蝕的因素很多，主要有大氣成分、濕度、溫度等。其中大氣污染物的作用最為突出，在氣象條件相近的情況下，污染物差別可導(dǎo)致材料腐蝕速率相差數(shù)十倍，如氯鹽和SO2的分布對(duì)材料腐蝕有很大的影響。為模擬各種不同的自然環(huán)境腐蝕，目前主要使用的室內(nèi)加速試驗(yàn)有(1)濕熱試驗(yàn)法濕熱試驗(yàn)方法分為恒定濕熱試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)兩種。它是在高溫、高濕條件下使試樣表面凝集水分，以強(qiáng)化腐蝕環(huán)境，從而加速試樣的銹蝕。為了進(jìn)一步加速大氣腐蝕還采用凝露腐蝕試驗(yàn)，它也是在高溫、高濕的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，所不同的是在試片架內(nèi)通循環(huán)冷卻水，使其溫度低于周圍的氣氛，這樣水汽更容易在試片上凝結(jié)，而加快銹蝕，試驗(yàn)周期比濕熱試驗(yàn)短。上述兩種濕熱試驗(yàn)?zāi)谠嚻砻娴某３Ｊ谴笮〔灰坏乃?，它們不能凝集和流淌，不能形成穩(wěn)定均勻的水膜，模擬性較差。
(2)鹽霧試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)方法最早于1914年提出并用于腐蝕測試中，目的是為了模擬近海洋的大氣腐蝕條件。ASTM在1962年正式制定了三種鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)(AASS)和醋酸氯化銅鹽霧試驗(yàn)(CASS)。由于鹽霧試驗(yàn)與大氣暴露試驗(yàn)無可比性，也就是說，其模擬性比較差，因此該方法的應(yīng)用具有一定的局限性，僅能作為一種人工加速腐蝕試驗(yàn)方法，對(duì)金屬材料進(jìn)行性能試驗(yàn)，不能對(duì)材料在某一實(shí)際使用環(huán)境下的壽命進(jìn)行預(yù)測，但作為一種經(jīng)典的加速試驗(yàn)方法還是具有一定意義的。
(3)周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗(yàn)各種單一的鹽霧試驗(yàn)對(duì)大氣暴露的模擬性不好，其主要原因是鹽霧試驗(yàn)不具有“濕←→干”循環(huán)過程。而在自然大氣條件下，試樣上由于雨、霧等形成的液膜有一個(gè)由厚變薄、由濕變干的周期性循環(huán)過程，這是大氣腐蝕的基本特點(diǎn)，因此，后來提出了帶有干燥過程并周期性地鹽水噴霧的鹽霧復(fù)合試驗(yàn)方法，與單純鹽霧試驗(yàn)相比，這種方法可更好地模擬和加速大氣腐蝕，較真實(shí)地再現(xiàn)自然環(huán)境，比較接近材料在自然大氣環(huán)境中的腐蝕情況。
(4)干濕周浸循環(huán)試驗(yàn)干濕周浸循環(huán)試驗(yàn)是國內(nèi)外目前普遍使用的加速試驗(yàn)方法。此試驗(yàn)使用一個(gè)帶有轉(zhuǎn)輪的精巧系統(tǒng)或使用一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，可將試樣周期性地浸入不同的浸漬液中以模擬不同的大氣環(huán)境，如分別用蒸餾水、NaHSO3或NaCl溶液來模擬鄉(xiāng)村氣氛、工業(yè)氣氛和海洋氣氛下的大氣腐蝕情況，浸漬一段時(shí)間后試樣離開溶液，用熱風(fēng)或燈烘烤干燥試樣。研究表明，幾個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)可與一年或更長時(shí)間的自然暴露實(shí)驗(yàn)相匹配。此方法同周期噴霧復(fù)合腐蝕試驗(yàn)一樣抓住了大氣腐蝕的特征——“濕←→干”循環(huán)交替，重現(xiàn)了金屬表面經(jīng)歷的三種大氣腐蝕狀態(tài)浸漬—濕潤—干燥。
(5)多因子循環(huán)復(fù)合腐蝕試驗(yàn)由于材料在自然環(huán)境中受到的是多種復(fù)雜因素的綜合作用，因而要真實(shí)的再現(xiàn)材料在自然大氣中的腐蝕，必須盡可能的將大氣中的環(huán)境因素綜合起來考慮，近幾年，模擬大氣腐蝕的加速試驗(yàn)方法向多因子復(fù)合加速腐蝕試驗(yàn)方向發(fā)展。如日本利用CASS試驗(yàn)機(jī)改裝成復(fù)合試驗(yàn)機(jī)，可進(jìn)行潮濕、噴霧、通SO2、干燥的循環(huán)試驗(yàn)；美國的Q-RANEL制造的Q-FOG循環(huán)腐蝕試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行鹽露、干燥、有規(guī)則的停頓等循環(huán)試驗(yàn)，該方法的不足之處是需要控制的因子多、操作難度較大。
上述這些試驗(yàn)方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，屬于大方向的指導(dǎo)性方法。由于大氣環(huán)境的復(fù)雜多樣，各種材料對(duì)環(huán)境因子腐蝕的敏感性存在差異，因此，任何一種模擬加速試驗(yàn)方法的建立，都要針對(duì)具體的環(huán)境和材料，依據(jù)環(huán)境特征來設(shè)定多組試驗(yàn)參數(shù)，通過一系列試驗(yàn)篩選出模擬性、加速性和重現(xiàn)性都好的試驗(yàn)條件來實(shí)現(xiàn)。目前許多研究者都在研究、設(shè)計(jì)、探索各自需求的試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有模擬性、加速性和重現(xiàn)性的模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，以0.01～0.05mol/L的NaHSO3+0.001～0.005mol/L的NaCl為浸漬溶液，按“浸漬→干燥→濕潤→”順序每10～30分鐘循環(huán)一次，其中浸漬40～50℃，1～4分鐘；干燥50～60℃，8～22分鐘；濕潤40～50℃，1～4分鐘，循環(huán)次數(shù)可根據(jù)需要確定。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是(1)采用本發(fā)明的試驗(yàn)方法可以模擬鋼在大氣環(huán)境中的腐蝕過程，研究試驗(yàn)材料的大氣腐蝕規(guī)律或者快速評(píng)價(jià)材料的耐大氣腐蝕性，從實(shí)驗(yàn)室模擬加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果近似推測戶外長期暴露試驗(yàn)的結(jié)果。具有顯著的加速腐蝕性幾十倍至幾百倍，加速倍率隨時(shí)間而變化。
(2)采用本發(fā)明主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致都是α-羥基氧化鐵和/或γ-羥基氧化鐵(α-FeOOH和/或γ-FeOOH)。
(3)采用本發(fā)明室內(nèi)外的試驗(yàn)結(jié)果均較好地符合冪指數(shù)規(guī)律ΔW＝Ktn，而且鋼的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致。
(4)重復(fù)試驗(yàn)證明具有很好的再現(xiàn)性。
(5)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，可以適用于各種鋼材料的大氣腐蝕研究及其耐蝕性的快速評(píng)價(jià)。


圖1為腐蝕深度與暴露時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
圖2為實(shí)施例1腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
圖3為實(shí)施例2腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
圖4為實(shí)施例3腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明建立了一種模擬加速腐蝕試驗(yàn)方法，模擬鋼在大氣環(huán)境中的腐蝕過程。所要解決的技術(shù)問題是室內(nèi)模擬加速腐蝕試驗(yàn)必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件，其中最關(guān)鍵的問題是在滿足后兩個(gè)條件基礎(chǔ)上滿足模擬性條件。
表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(wt％)

大氣暴露試驗(yàn)使用的4種鋼化學(xué)成分見表1。試樣的尺寸為100mm×50mm×(3～5)mm，經(jīng)銑床、磨床，加工至光潔度7或以上，丙酮除油，乙醇脫水，放置干燥器內(nèi)24h后，用感量為0.1mg分析天平稱重。除銹液采用500ml鹽酸+500ml蒸餾水+20g六次甲基四胺，室溫下將銹除凈為止，同時(shí)用未腐蝕的鋼樣校正除銹液對(duì)鋼基體的腐蝕。參照ISO-4542標(biāo)準(zhǔn)在沈陽地區(qū)進(jìn)行大氣暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為1994.10-2002.10，其中0.5、1、2、4、8年為定期取樣周期，對(duì)試樣進(jìn)行處理，計(jì)算出腐蝕失重和腐蝕深度，同時(shí)進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析。對(duì)4種鋼平均腐蝕深度與時(shí)間關(guān)系采用線性雙對(duì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行回歸分析，即logΔW＝A+Blogt或ΔW＝ktn，其中ΔW為腐蝕深度(μm)，t為暴露時(shí)間(年)，A＝logk，B＝n，A、B為與環(huán)境和材料有關(guān)的常數(shù)。腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖1，腐蝕深度與暴露時(shí)間的回歸分析見表2，結(jié)果表明，4種鋼的腐蝕規(guī)律均較好地符合ΔW＝ktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物均為α-羥基氧化鐵和/或γ-羥基氧化鐵(α-FeOOH和/或γ-FeOOH)，部分Fe2O3和/或γ-Fe3O4。
表2

參考試驗(yàn)期間沈陽地區(qū)的環(huán)境參數(shù)，并考慮影響鋼腐蝕的主要環(huán)境因子，采用DW-UD-3型浸漬干濕復(fù)合循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，按正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出一系列試驗(yàn)條件，對(duì)A3鋼進(jìn)行一系列試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，按目標(biāo)篩選出合適的試驗(yàn)條件，獲得本發(fā)明的試驗(yàn)方法。
實(shí)施例1試驗(yàn)材料為上述的A3、09CuPTiRe、10CrNiCuP。以0.01mol/L NaHSO3+0.005mol/L NaCl為浸漬溶液，按“浸漬→干燥→濕潤→”順序每30分鐘循環(huán)一次，其中浸漬40℃，4分鐘；干燥50℃，22分鐘；濕潤40℃，4分鐘。以此來模擬沈陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖2，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表3。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合ΔW＝ktn規(guī)律，其中ΔW為腐蝕失重(g/m2)，t為試驗(yàn)時(shí)間(小時(shí))，k、n為與試驗(yàn)條件和材料有關(guān)的常數(shù)；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。
表3

實(shí)施例2試驗(yàn)材料為A3、20、06CuP，后兩種材料的化學(xué)成分見表4。以0.01mol/LNaHSO3+0.001mol/L NaCl為浸漬溶液，按“浸漬→干燥→濕潤→”順序每20分鐘循環(huán)一次，其中浸漬40℃，4分鐘；干燥50℃，12分鐘；濕潤40℃，4分鐘。以此來模擬沈陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖3，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表5。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合ΔW＝ktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。
表4(wt％)

表5

實(shí)施例3
試驗(yàn)材料為上述的A3和10CrNiCuP。以0.05mol/L NaHSO3+0.005mol/LNaCl為浸漬溶液，按“浸漬→干燥→濕潤→”順序每10分鐘循環(huán)一次，其中浸漬50℃，1分鐘；干燥60℃，8分鐘；濕潤50℃，1分鐘。以此來模擬沈陽工業(yè)城市大氣腐蝕過程，腐蝕失重與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線見圖4，腐蝕失重與加速試驗(yàn)時(shí)間的回歸分析見表6。腐蝕規(guī)律同樣都較好地符合ΔW＝ktn規(guī)律；主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致。
表6

對(duì)實(shí)施例進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，并進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析，將試驗(yàn)結(jié)果與上述大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，分析模擬性、加速性和重現(xiàn)性，結(jié)果表明模擬加速大氣腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果相對(duì)于沈陽地區(qū)的大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果滿足(1)具有顯著的加速腐蝕性幾十倍至幾百倍，加速倍率隨時(shí)間而變化；(2)主要腐蝕產(chǎn)物與戶外大氣暴露的主要腐蝕產(chǎn)物一致都是α-FeOOH和γ-FeOOH；(3)室內(nèi)外的試驗(yàn)結(jié)果均較好地符合冪指數(shù)規(guī)律ΔW＝Ktn，而且鋼的腐蝕輕重順序室內(nèi)外能保持一致；(4)重復(fù)試驗(yàn)證明具有很好的再現(xiàn)性。
因此，采用該試驗(yàn)方法可以模擬鋼在沈陽大氣環(huán)境以及類似環(huán)境中的腐蝕，從實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果近似推測戶外長期暴露試驗(yàn)的結(jié)果，這具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，其特征在于以0.01～0.05mol/L的NaHSO3+0.001～0.005mol/L的NaCl為浸漬溶液，按“浸漬→干燥→濕潤→”順序每10～30分鐘循環(huán)一次，其中浸漬40～50℃，1～4分鐘；干燥50～60℃，8～22分鐘；濕潤40～50℃，1～4分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及大氣腐蝕的模擬技術(shù)，具體為一種模擬大氣腐蝕過程的加速腐蝕試驗(yàn)方法，以0.01～0.05mol/L的NaHSO
文檔編號(hào)G01N17/00GK1542431SQ03111589
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月1日
發(fā)明者王振堯, 于國才, 韓薇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所